Việc sử dụng dầu nhớt lạnh trong hệ thống sử dụng gas lạnh amoniac, hệ thống gas lạnh freon như thế nào cho hợp lý. Đối với các môi chất này thì nên sử dụng dầu nhớt loại nào? Ứng với các nhiệt độ bay hơi thì nên lựa chọn dầu nhớt lạnh nào cho phù hợp?
Trước tiên dầu nhớt lạnh phải đảm bảo được các tiêu chí kỹ thuật
Đối với dầu nhớt lạnh sử dụng trong hệ thống điều hòa, kho lạnh chia làm 2 loại. Loại A cho môi chất ammoniac. Loại B cho môi chất Freon loại B được chia làm 4 nhóm. Bảng 1 giới thiệu sự phân loại dầu theo điều kiện ứng dụng và chất lượng dầu.
Bảng 1. Phân loại dầu theo điều kiện ứng dụng và chất lượng yêu cầu
Dầu có độ nhớt cao sử dụng cho nhiệt độ ngưng tụ cao và thế nhiệt lớn trong máy nén;
Dầu có độ nhớt thấp dung cho nhiệt độ ngưng tụ thấp;
Các dầu nhóm I sử dụng chọn nhiệt độ sôi đến -300C
Các dầu nhóm II sử dụng cho các máy lạnh một cấp nhiệt độ thấp môi chất là R22 và R502;
Dầu nhóm III sử dụng cho các máy lạnh hai cấp ở nhiệt độ sôi thấp hơn -550C, chủ yếu là các loại dầu hydro cacbua và dầu tổng hợp;
Dầu nhóm IV sử dụng cho tầng dưới của máy lạnh ghép tầng, môi chất lạnh là R13, T13B1 và R502.
Phân loại một số dầu sản xuất ở Nga và ở các nước khác theo loại và nhóm dầu giới thiệu trong bảng 2
Bảng 2. Phân loại và nhóm cho một số loại dầu
Ghi chú: khi cần thiết, có thể sử dụng dầu nhóm nhiệt độ thấp hơn cho nhóm nhiệt độ cao hơn. Ví dụ, nhóm IV cho nhóm III; nhóm III và IV cho nhóm II, nhóm II, III và IV cho nhóm I. Nhưng không được thay thế ngược lại.
Sử dụng dầu nhớt lạnh trong hệ thống lạnh ammoniac
Đặc điểm cơ bản là dầu hòa tan rất ít vào môi chất lạnh ammoniac. Khối lượng riêng của dầu lớn hơn ammoniac nên dầu rất dễ phân lớp và động xuống dưới. Dầu phải ở cacte để bôi trơn máy nén nhưng do nhiều nguyên nhân, dầu theo môi chất vào đường đẩy. Nhiệt độ đầu đảy đạt đến 130 … 1500C, nên một phần dầu biến thành hơi.
Trên đường đẩy của máy lạnh ammoniac người ta bố trí bình tách dầu để tách dầu ra khỏi môi chất. Nhưng tách dầu có hiệu quả cao nhất cũng chỉ đạt đến 95%. Phần dầu còn lại (chủ yếu ở dạng hơi) tiếp tục đi theo dòng môi chất vào thiết bị ngưng tụ vào bình chứa qua van tiết lưu vào thiết bị bay hơi. Trong các thiết bị này, dầu lắng đọng xuống phía dưới. Người ta phải bố trí các bầu lắng dầu phía dưới các thiết bị và định kì dầu được xả về máy nén hoặc về bình chứa dầu. Hệ thống lạnh ammoniac không bố trị các cơ cấu tuần hòa dầu “tự động” như trong hệ thống lạnh Freon.
Người ta nhận thấy rằng, phần dầu qua được bình tách dầu để vào đến dàn bay hơi là phần dầu nhẹ. Nếu phần này không được quay về máy nén thì dầu cacte máy nén sẽ”nặng” dần, độ nhớt tăng lên. Khi thử nghiệm dầu XAC30 trong máy nén Л200, người ta thấy độ nhớt của dầu tăng lên đén 55 mm2/s. Độ tăng tạo điều kiện tốt cho việc bôi trơn nhưng khi đó trong dầu tích tụ các sản phẩm có hại do phân hủy dầu, làm giảm độ tin cậy của các lá van và hệ thống bôi trơn. Dầu chuyển nhanh sang màu đen và đòi hỏi phải thay thế.
Do mức độ nhiệt độ làm việc (nhiệt độ đầu đẩy) của máy nén piton ammoniac cao nên dầu ammoniac cần có độ ổn định nhiệt cao khi có mặt không khí, hơi nước và các chất xúc tác kim loại.
Nước hòa tan hoàn toàn trong ammoniac nhung nước gây tác hại rất lớn trong hệ thống lạnh ammoniac nên hàm lượng nước trong dầu và trong môi chất cũng cần hạn chế đến mức thấp nhất, không vượt quá 0,2% khối lượng.
Ở miền Bắc nước ta, các hệ thống lạnh ammoniac sử dụng chủ yếu hai loại dầu khoáng XA 30 và XA 35
Sử dụng dầu nhớt lạnh trong các máy lạnh Freon
Trong các máy lạnh Freon R12 và R22, do tính hòa tan của dầu và môi chất lạnh nên dầu tuần hoàn cùng với môi chất lạnh. Dầu từ máy nén theo đường đẩy vào thiết bị ngưng tụ, qua tiết lưu vào thiết bị bay hơi. Do nhiệt độ ở thiết bị máy bay hơi thấp, độ nhớt nên dầu khó hồi về máy nén. Để đảm bảo dầu về máy nén người ta phải có những giải pháp đặc biệt (bẫy dầu) để đưa dầu trở lại máy nén trong trường hợp máy nén đặt cao hơn thiết bị bay hơi và khi có đường ống đi lên trước khi về máy nén. Tất nhiên nhiệt độ bay hơi phải cao hơn nhiệt độ lưu động của dầu.
Dầu sử dụng trong máy nén kín và nửa kín môi chất Freon có yêu cầu đặc biệt cao về tính ổn định, hàm lượng axit, hàm lượng nước và các thành phần có hại, vì dầu và môi chất lạnh tiếp xúc trực tiếp với cuộn dây điên của động cơ máy nén.
Nhiệt độ vận hành (nhiệt độ đầu đẩy, nhiệt độ cuộn dây điện lắp trong thân máy, dầu) càng lớn độ ổn định của dầu trong hỗn hợp với môi chất lạnh đòi hỏi càng cao. Ở cùng nhiệt độ R12 để phân hủy hơn R22. Nhưng vì R22 làm việc ở điều kiện nhiệt độ cao hơn đáng kể, nên dầu trong máy lạnh R22 đòi hỏi chất lượng cao hơn, độ tinh khiết lớn hơn và hàm lượng các thành phần có hại nhỏ hơn.
Dầu bị giảm chất lượng phần lớn do các phản ứng hóa học làm cho thành phần dầu thay đổi, tăng tính axit. Thành phần ẩm (hơi nước) trong hệ thống sẽ làm tăng nhanh tính axit của dầu và làm biến màu (làm tối) dầu. Trong máy lạnh dung dầu khoáng càng cảm nhận thấy sự có mặt của ẩm dễ dàng hơn. Bởi vậy các hệ thống lạnh Freon cần được sấy cẩn thận để khử ẩm trước khi nạp dầu và môi chất lạnh vào hệ thống. Sấy khử ẩm từng chi tiết của hệ thống trước khi lắp ráp sau đó phải tiến hành sấy chân không toàn bộ hệ thống ở nhiệt độ 50 … 70 0C sau khi lắp ráp. Nhiệt độ sấy có thể tăng đến khoảng 1000C vì ở nhiệt độ này cách nhiệt của cuộn dây động cơ máy nén chưa bị ảnh hưởng.
Để đề phòng ẩm lọt vào hệ thống bằng các đừng khác như từ dầu, từ môi chất, từ trong cuộn dây quấn động cơ … người ta phải bố trí phin lọc ga trên đường lỏng và đường hơi của hệ thống lạnh. Phin lọc gas dùng các chất hút ẩm như silicagel, zeolite hoặc nhôm hoạt tính.
Hàm lượng ẩm, trong dầu lạnh cũng hạn chế dưới 10 đến 60 phần triệu khối lượng (ppm). Dầu trước khi nạp vào máy cũng có thể sấy chân không ở nhiệt độ 50 – 700C.
Dầu kém phẩm chất, có tính axit cao và các chất có hại có thể ăn mòn cách điện, phá hủy cuộn dây, làm chập mạch cuộn dây, làm hằng số điện môi của dầu giảm, gây đánh lửa, phóng điện và dẫn đến cháy động cơ, đặc biệt trong máy lạnh R22.
Dầu kém phẩm chất có thể dẫn đến sự ăn mòn kim loại, mạ đồng các bề mặt thép …
Dầu dùng trong các hệ thống lạnh kín và nửa kín có độ axit không vượt quá 0,06 đến 0,1mg KOH/g dầu.
Ảnh hưởng của tính hòa tan dầu trong môi chất lạnh đến sự làm việc của máy lạnh.
Làm giảm năng suất lạnh.
Dầu hòa tan trong môi chất lạnh sẽ làm giảm năng suất lạnh của máy lạnh do áp suất bị hút giảm. Ở cùng nhiệt độ sôi, áp suất sôi của môi chất lạnh tinh khiết cao hơn áp suất sôi của hỗn hợp môi chất với dầu. Áp suất sôi giảm, thể tích riêng hơi hút tăng và khối lượng được nén qua máy nén giảm đi. Khối lượng môi chất lạnh bay hơi trong thiết bị bay hơi giảm nên năng suất lạnh giảm. Hình 1 biểu diễn sự giảm năng suất lạnh phụ thuộc vào hàm lượng dầu tuần hoàn trong máy lạnh R12. Khi t0 = -10C và nhiệt hơi hút tqn = 110C.
A – hệ số hiệu chỉnh cho năng suất lạnh.
ѮM – thành phần dầu trong R12; nhiệt độ chất lỏng;
1. t = 43,30C; 2. t = 54,40C; 3. t = 65,50C
Đặc tính khởi động của máy nén
Hình 1. Sự giảm năng suất lạnh phụ thuộc vào hàm lượng dầu tuần hoàn trong máy lạnh R22
Khi hệ thống lạnh không hoạt động, đặc biệt trong hệ thống lạnh kín không có van điện từ môi chất lạnh có xu hướng bị dầu trong cacte máy nén hấp thụ (do áp suất cân bằng bão hòa nhỏ hơn)
Vào thời điểm khởi động máy, áp suất trong khoang cacte giảm đột ngột, môi chất lạnh sôi trong cacte, hạ nhiệt độ dầu trong cacte xuống thấp, có khi gần đến nhiệt độ bay hơi. Dầu bị sủi bọt mạnh. Sự sủi bọt dầu có thể phá vỡ sự làm việc của hệ thống bôi trơn, lượng dầu theo hơi môi chất tràn vào khoang hút làm cho máy nén làm việc nặng nề, có thể dẫn tới va đạp thủy lực rất nguy hiểm.
Để giảm tính sủi bọt dầu có thể dùng chất phụ gia. Trong nhiều máy lạnh Freon, để tránh hiện tượng môi chất lạnh tích tụ vào cacte và hiện tượng sủi bọt khi khởi động, người ta bố trí sấy dầu bằng điện trở. Trước khi khởi động, dầu được đốt nóng để phần lớn môi chất lạnh thoát ra khỏi dầu.
Sự trao đổi nhiệt trong thiết bị
Dầu có hệ số dẫn nhiệt nhỏ hơn nhiều so với môi chất lạnh. Hỗn hợp dầu và môi chất lạnh sẽ có hệ số dẫn nhiệt thấp hơn so với môi chất tinh khiết. Nồng độ dầu trong môi chất càng cao, khả năng trao đổi nhiệt trong thiết bị càng giảm.
Đặc biệt trong các hệ thống lạnh mà môi chất hoà tan hạn chế dầu, khả năng trao đổi nhiệt còn xấu hơn nữa. Ở trong khoảng không hòa tan, dầu bị phân thành lớp, nổi lên trên bề mặt lỏng môi chất, bám vào các vách trao đổi nhiệt của thiết bị, tạo ra một màng trở nhiệt hạn chế khả năng trao đổi nhiệt đáng kể.
Sự tuần hoàn dầu trong hệ thống lạnh
Sự hoàn ta dầu với môi chất lạnh tạo điều kiện rất thuận lợi cho sự hồi dầu về máy nén. Sự hồi dầu về máy nén là hoàn toàn tự động. Để đảm bảo sự làm việc bình thường, khối lượng dàu đi khỏi máy nén phải bằng khối lượng hồi về ở bất kì chế độ làm việc nào. Trạng thái dầu về phải gần giống trạng thái dầu đi để tránh hiện tượng bay hơi trong khoang máy nén và tránh hiện tượng sủi bọt khi dầu còn chứa quá nhiều môi chất lạnh hấp thụ.
khi sử dụng dầu có độ hòa tan hạn chế cần đặc biệt chú ý đén thiết kế đường ống, tốc độ bay hơi, nhiệt độ bay hơi, nhiệt độ đông đặc và lưu động, tránh đọng dầu lại trong thiết bị bay hơi.
Tái sinh dầu nhớt lạnh bôi trơn
Để tái sinh dầu người ta phải loại trừ khỏi dầu các thành phần có hại và đưa chúng xuống dưới nồng độ cho phép như: các cặn bẩn, các sản phẩm lão hóa, các sản phẩm phân hủy, nước, axit, hắc ín ...
Người ta sử dụng 2 phương pháp tái sinh dầu chủ yếu: làm sạch qua thấm rửa và làm sạch tiếp xúc.
Làm sạch qua thấm rửa là lọc dầu ở 70 ... 75 0C khi trộn lẫn với một chất hấp thụ dạng bột trong một khoảng thời gian nhất định rồi cho qua phin lọc ép. Sau đó dầu tái sinh được sấy khô và lọc hết cặn bẩn cơ học.
Các chất hấp thụ hiệu quả là các oxit nhôm hoạt tính AL2O3 zeolit và silicagel, than hoạt tính, anionit.
Tái sinh dầu một phần cũng có thể tiến hành ngay trong máy lạnh bằng cách lắp đặt trong hệ thống trên vòng tuần hoàn dầu một phin lọc có chứa các chất hấp thụ tương ứng. Trong công nghiệp, ở Nga người ta chế tạo các thiết bị lọc tái sinh dầu PM-50-62; PM-100, PM-250 cho những người tiêu dùng nhỏ.
